CN105743449A - 保护装置 - Google Patents

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Abstract

保护装置。在电流放大电路的保护装置中，对于比继电装置的恢复时间更快的动作也能保护电流放大电路，在从低频侧至高频侧的宽范围中都可保护电流放大电路的动作。一种保护装置(30)包括检测电流放大电路(14)的异常电流值并输出第一异常检测信号的检测电路(32)。保护装置(30)在从第一异常检测信号的输出时刻开始的预定时间持续地输出第二异常检测信号，在第二异常检测信号的接收时刻调低对电流放大电路(14)的输入电压值，并且在同一时刻向继电装置(36)输出切断命令信号。检测电路(32)包括根据负载线上的电流值来检测异常的负载线检测单元(42)和改变经由负载线检测单元(42)进行的异常检测操作的频率特性的脉冲响应特性改变单元(44)。

Description

保护装置
技术领域
本发明涉及保护装置，特别涉及使电流放大电路免受过电流的异常状态的保护装置。
背景技术
当输出短路电流流入到功率放大器的电流放大电路中的异常状态发生时，需要通过快速地切断输出电流来保护电流放大电路。用于切断输出电流的可靠装置是继电装置。继电装置具有由机械操作而产生的延迟时间。当电流放大电路的输入信号为高速时，在一些情况下由继电装置进行的切断被延迟。因此，当电流放大电路的安全操作区域根据从切断驱动电压的供给的时间到分离接触件并切断连接的时间的所谓的恢复时间而下降到低速侧时，未有效使用凭借输出元件的单个脉冲而进行的安全操作的区域。
在JP2559568B中，公开了一种在接通时使放大器免受过量输出电流的异常状态的电路。该电路包括生成单元，该生成单元由触发脉冲来操作并在从放大器的异常状态发生的时刻开始的预定时间输出断开命令信号；检测电路，该检测电路检测放大器的异常状态；或(OR)电路，该或电路执行断开命令信号和接通信号的或操作；以及与(AND)电路，该与电路执行或电路的输出和检测电路的输出的与操作。放大器经由执行与电路的输出和断开命令信号的或操作的或电路来断开。
在JPH09-266412A中，公开了一种用于电功率放大的元件的保护装置。该保护装置基于逼近于用于电功率放大的元件的最大可允许电功率损失曲线的折线来设置预定的安全操作区域。该保护装置包括晶体管，该晶体管基于在检测用于电功率放大的元件的集电极电流的电阻器的两端处生成的电压，来限制用于电功率放大的元件的基极电流。这里，用于电功率放大的元件的最大可允许电功率损失曲线是DC操作时的曲线。在JPH09-266412A中所描述的发明中，虽然可以用单个脉冲使更大的电流流动，但也执行保护。
根据JP2559568B的方法，可以防止这样的循环状态：在检测到异常检测信号且断开放大器时异常状态消失，而在接通放大器时放大器再次回到异常状态。然而，根本没有描述在单个脉冲操作时有效地使用安全操作区域并且保护放大器。根据JPH09-266412A的方法，尽可能地减少了用于电功率放大的元件的在直流中的安全操作区域内无法操作的区域。然而，无法在从DC区域到单个脉冲区域的宽范围内有效地保护用于电功率放大的元件的操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以使电流放大电路免受与继电装置的恢复时间相比更加高速的操作的保护装置。本发明的另一个目的是提供一种可以在从DC区域到单个脉冲区域的宽范围的频率区域中保护电流放大电路的操作的保护装置。
一种保护装置，该保护装置包括：检测电路，该检测电路检测电流放大电路的输出电流值并在所述输出电流值为异常电流值时输出第一异常检测信号；维持电路，该维持电路在从所述第一异常检测信号的输出时刻开始的预定维持时间持续地输出第二异常检测信号；继电装置，该继电装置从切断驱动电压的供给的时刻且在作为机械切断延迟时间的恢复时间之后切断所述电流放大电路与负载之间的连接；保护静音单元，该保护静音单元在接收到所述第二异常检测信号时输出静音控制信号；静音电路，该静音电路包括在接收到所述静音控制信号时调低对所述电流放大电路的输入电压值的功能；以及保护继电命令单元，该保护继电命令单元在接收到所述第二异常检测信号时切断所述驱动电压的供给，其中，所述检测电路包括：负载线检测单元，该负载线检测单元根据基于所述电流放大电路的电源电压值和所述负载的电阻值检测的负载线上的电流值来检测异常，和脉冲响应特性改变单元，该脉冲响应特性改变单元改变经由所述负载线检测单元进行的异常检测操作的脉冲响应特性。
根据上述构造的保护装置，当检测到异常电流值时，在从检测时刻开始的预定维持时间持续地输出第二异常检测信号。在第二异常检测信号被接收到时调低对电流放大电路的输入电压值，并且在同一时刻切断驱动电压向继电装置的供给。由此，即使继电装置具有恢复时间，也在恢复时间之前调低了对电流放大电路的输入电压值。可以使电流放大电路免受比继电装置的恢复时间短的脉冲宽度的操作。
进一步地，检测电路根据基于电流放大电路的电源电压和负载的电阻值的负载线上的电流值来测异常。当负载短路时，比负载线上的电流值大的异常电流值流动。因为检测到异常电流值，所以与检测超过预定阈值电流值的更大异常电流值的方法相比，电流放大电路的可允许操作区域可以适当地宽。
进一步地，因为检测电路改变由负载线检测单元进行的异常检测操作的脉冲响应特性，所以电流放大电路的输出为短脉冲宽度的可允许操作范围可以近似于单个脉冲操作时的安全操作区域。
优选地，其中，所述预定维持时间被设置为长于所述恢复时间。
进一步地，在保护装置中，因为预定维持时间被设置为长于预定恢复时间，所以连续调低对电流放大电路的输入电压值，直到继电装置执行切断操作为止。由此，可以使电流放大电路安全地免受比继电装置的恢复时间短的脉冲宽度的操作。
优选地，其中，所述负载线检测单元包括桥接电路，该桥接电路根据所述负载的电阻值来改变检测异常电流值的异常检测元件的控制电压值。
进一步地，保护装置包括桥接电路，该桥接电路根据负载的电阻值而改变检测异常电流值的异常检测元件的控制电压值。由此，基于电流放大电路的电源电压和负载的电阻值的负载线上的电流值可以是异常检测操作点。
优选地，其中，所述脉冲响应特性改变单元包括根据所述电流放大电路的脉冲宽度而改变所述桥接电路的脉冲响应特性的滞后超前滤波电路。
进一步地，保护装置包括滞后超前滤波电路，该滞后超前滤波电路根据对电流放大电路的输入电压值的频率而改变桥接电路的频率响应特性。由此，因为仅改变滞后超前滤波电路的常数的设置，所以可以改变由负载线检测单元进行的异常检测操作的脉冲响应特性。
优选地，其中，所述桥接电路包括：第一桥接电路，该第一桥接电路处理所述电流放大电路的正侧输出电流值的异常电流值，和第二桥接电路，该第二桥接电路处理所述电流放大电路的负侧输出电流值的异常电流值。
进一步地，在保护装置中，因为所述桥接电路包括第一桥接电路，该第一桥接电路处理所述电流放大电路的正侧输出电流值的异常电流值；和第二桥接电路，该第二桥接电路处理所述电流放大电路的负侧输出电流值的异常电流值，所以可以在正负操作电压范围内保护电流放大电路的操作。
优选地，其中，所述检测电路包括：NPN型的第一晶体管，在该第一晶体管中，基极经由第一电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，发射极经由第二电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，并且集电极经由第三电阻器连接到所述维持电路，所述维持电路包括：PNP型的第二晶体管，在该第二晶体管中，基极经由所述第三电阻器连接到所述第一晶体管的所述集电极，发射极连接到电源，并且集电极经由第四电阻器连接到微型计算机，并且第二晶体管在所述集电极处生成异常检测电压作为所述异常检测信号，和NPN型的第三晶体管，在该第三晶体管中，基极经由电容器和第五电阻器连接到所述第二晶体管的集电极，发射极连接到接地电平，并且集电极经由第六电阻器连接到所述保护静音单元和所述第二晶体管的基极，并且第三晶体管在集电极处生成异常检测电压作为所述第二异常检测信号。
进一步地，在保护装置中，第二晶体管将由检测电路生成的检测信号转换(电平移位)成可以向微型计算机输入的电压。第二晶体管通过对电容器进行充电来将第三晶体管设置为导通。第三晶体管通过将集电极经由第六电阻器连接到第二晶体管的基极来执行单稳多谐振荡器操作，并且维持第二异常检测信号。
优选地，其中，所述保护静音单元包括PNP型的第四晶体管，在该第四晶体管中，基极经由二极管连接到所述维持电路，发射极连接到电源，并且集电极连接到所述静音电路。
优选地，其中，所述保护静音单元包括NPN型的第四晶体管，在该第四晶体管中，基极经由二极管连接到所述维持电路，发射极连接到电源，并且集电极连接到所述静音电路。
进一步地，在保护装置中，当从维持电路输出第二异常检测信号时，第四晶体管处于导通状态，并且保护静音单元输出高电平电压，作为静音控制信号。
附图说明
图1是例示了包括根据本发明的实施方式的保护装置的电功率放大器装置的构造图，
图2是包括根据本发明的实施方式的保护装置的电功率放大器装置的详细电路图，
图3是例示了图1中各电压值的随时间变化的时间图，
图4是根据传统技术的保护装置的电路图，
图5是例示了传统技术中安全操作区域与异常检测阈值电流值之间的关系的图，
图6是用于保护根据本发明的实施方式的保护装置中的正侧元件的第一桥接电路的详细图，
图7是例示了根据本发明的实施方式的保护装置中安全操作区域、负载电阻器以及异常检测操作点之间的关系的图，
图8是用于保护根据本发明的实施方式的保护装置中的负侧元件的第二桥接电路的详细图，
图9是例示了本发明的实施方式的保护装置中桥接电路的脉冲响应特性的图，以及
图10是例示了本发明的实施方式的保护装置中根据电流放大电路的脉冲宽度来改变异常检测操作点的示例的图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。在所有附图中，相同的附图标记添加到对应的元件，并且下面省略交叠的描述。
图1是例示了包括保护装置30的电功率放大器装置10的构造的框图。图2是电功率放大器装置10的详细电路图。
电功率放大器10包括输入电路12、电压放大电路13、电流放大电路14、扬声器16、音量IC18、微型计算机20以及保护装置30。
输入电路12向电压放大电路13供给输入电压值VIN。存在输入电路12包括静音电路的情况。当静音电路工作时，调低扬声器16的音量，并且电流放大电路14的输出电流值IOUT大幅变小。在图2中，包括作为静音电路的静音晶体管Q2(NPN晶体管)。如图2例示，电流放大器14具有以下构造：NPN晶体管Q3的发射极和PNP晶体管Q4的发射极彼此面向，电阻器R2和电阻器R3设置在发射极之间，并且将发射极串联连接。放大后的电功率从R2和R3的连接点向作为负载装置的扬声器16供给。
如图2例示，Q3的集电极连接到电源+VCC。Q4的集电极连接到电源-VCC。+VCC对于GND(＝0V)是正电源。-VCC对于GND(＝0V)是负电源。输入电压值VIN对于Q3供给正输入电压信号VIN(+)而对于Q4输入负输入电压信号VIN(-)。VIN(+)和VIN(-)中的每一个是AC信号。IOUT(+)和IOUT(-)中的每一个是AC信号。
电流放大电路14的操作频率范围是从大约数Hz(DC)至100kHz。电流放大电路14可以安全操作的操作电压值、输出电流值以及脉冲宽度之间的关系称为安全操作区域(ASO)。通常，当操作电压值较低时，允许的输出电流值较大。当脉冲宽度较宽时，允许的输出电流值较小。当脉冲宽度较窄时，允许的输出电流值较大。后面将描述安全操作区域的细节。
扬声器16是电功率放大器装置10的负载装置而不是电功率放大器装置10的元件。扬声器16是用于描述负载装置的示例。负载装置可以是振动器、激励装置等。在图2中，经由负载电阻器RL例示了作为负载装置的扬声器16。
音量IC18连接到输入电路12并提高或降低作为负载装置的扬声器16的音量。存在音量IC18包括调低扬声器16的音量的静音电路的情况。当静音电路工作时，调低扬声器16的音量，并且电流放大电路14的输出电流值IOUT大幅变小。
微型计算机20将组成电功率放大器装置10的各个元件的操作作为一个整体来集成并控制。例如，微型计算机20控制音量IC18的操作并控制保护装置30中所包括的继电装置36的操作。
保护装置30检测电流放大电路14的输出电流值由于短路等而在安全操作区域之外，并且通过切断输出电流来使电流放大电路14免受损坏。保护装置30包括检测电路32、维持电路34、保护静音单元38以及微型计算机20中所包括的保护继电命令单元40。
检测电路32设置在电流放大电路14与作为负载装置的扬声器16之间，并且监视从电流放大电路14向扬声器16流动的电流值。检测电路32的功能是这样的异常检测：检测电路32测量电流放大电路14的输出电流值IOUT并在所测量得的输出电流值IOUT为异常电流值时输出第一异常检测信号IC(Q1)。检测电路32不针对输出电流值IOUT本身执行任何处理。输出电流值IOUT照原样穿过检测电路32并经由继电装置36流入到扬声器16中。
检测电路32包括负载线检测单元42和脉冲响应特性改变单元44。负载线检测单元42包括桥接电路46。脉冲响应特性改变单元44包括滞后超前滤波电路48。进一步地，桥接电路46包括第一桥接电路50和第二桥接电路52。后面将参照图6描述负载线检测单元42和脉冲响应特性改变单元44的细节。
维持电路34在从第一异常检测信号IC(Q1)的输出时刻开始的预定维持时间TPROTECT持续地输出第二异常检测信号VPROTECT和V’PROTECT。维持电路34向微型计算机20输出第二异常检测信号VPROTECT并向保护静音单元38输出第二异常检测信号V’PROTECT。维持电路34以比继电装置36的响应时间快得多的响应时间输出第二异常检测信号VPROTECT和V’PROTECT。
维持电路34包括PNP晶体管Q8、NPN晶体管Q9、电容器C5以及电阻器R7、R19、R26以及R33。PNP晶体管Q8(第二晶体管)的基极经由电阻器R10(第三电阻器)连接到检测电路32(Q1的基极)。Q8的集电极连接到电源+VCC。Q8的集电极经由电阻器R19(第四电阻器)连接到微型计算机20。Q8将异常检测电压输出到集电极，作为第二异常检测信号VPROTECT。
NPN晶体管Q9(第三晶体管)的基极经由电容器C5和电阻器R26(第五电阻器)连接到Q8的集电极。Q9的发射极连接到接地电平。Q9的集电极连接到保护静音单元38(PNP晶体管U1的基极)。Q9的集电极经由电阻器R33(第六电阻器)连接到Q8的基极。Q9向集电极输出异常检测电压，作为第二异常检测信号V’PROTECT。单发电路由Q9、C5、R26以及R7构成。R26设置在C5与Q9的基极之间。R7在一端处连接在R26与Q9的基极之间并在另一端处连接到接地电平。
继电装置36通过驱动电压VRELAY连接或切断电流放大电路14与作为负载装置的扬声器16。继电装置36在驱动电压VRELAY被供给时处于接通(ON)状态。继电装置36在驱动电压VRELAY的供给被切断时处于断开(OFF)状态。因为继电装置36是机械开关装置，所以从切断驱动电压VRELAY的供给的时刻至继电装置36实际上从连接(接通)状态转移至切断(断开)状态的时刻需要时间。该时间被称为恢复时间TD(参见图3的(g))。例如，虽然恢复时间TD依赖于继电装置36的规格，但恢复时间TD也为大约1ms至大约10ms。
保护静音单元38向音量IC18或输入电路12的静音电路输出静音控制信号VMUTE_PROTECT(参见图3的(d))。当保护静音单元38接收到第二异常检测信号V’PROTECT时，在接收到第二异常检测信号V’PROTECT的同时，向音量IC18或输入电路12的静音电路输出作为调低输入电压值VIN的命令信号的静音控制信号VMUTE_PROTECT。因为保护静音单元38也是电子电路，所以保护静音单元38在接收第二异常检测信号V’PROTECT的时刻(即，在与接收第二异常检测信号VPROTECT大约相同的时刻)向音量IC18或输入电路12的静音电路输出作为调低输入电压值VIN的命令信号的静音控制信号VMUTE_PROTECT。
保护静音单元38包括PNP晶体管U1(第四晶体管)和二极管D4。U1的基极经由D4连接到维持电路34(Q9的集电极)。U1的集电极连接到静音电路，即音量IC18的静音端子或输入电路12(静音晶体管Q2的基极)。在第二异常检测信号V’PROTECT(高电平信号)被输出到保护静音单元38时，U1处于断开状态。当U1处于断开状态时，静音控制信号VMUTE_PROTECT(高电平信号)被输出到音量IC18或输入电路12。
静音控制单元80是微型计算机20中所包括的功能中的一个，并且向音量IC18或输入电路12的静音电路输出静音控制信号VMUTE_MPU，以执行静音处理。调低扬声器16的音量(静音处理)通常通过经由微型计算机20的功能向音量IC18或输入电路12的静音电路输出VMUTE_MPU来执行。当检测到第一异常检测信号IC(Q1)时，通过电子电路的路径(即，检测电路32-维持电路34-保护静音单元38)VMUTE_PROTECT被输出到音量IC18或输入电路12的静音电路。音量IC18或输入电路12的静音电路是电子电路。出于该原因，在音量IC18或输入电路12的静音电路接收VMUTE_PROTECT且经过信号处理所需要的时间之后，音量IC18或静音电路调低VIN。然而，信号处理所需要的时间远远短于继电装置36的恢复时间。
即，通过路径(检测电路32-维持电路34-保护静音单元38-音量IC18或输入电路12-电压放大电路13-电路放大电路14)检测第一异常检测信号IC(Q1)，并且瞬间消除作为异常状态的过电流状态。当消除了过电流状态且去除了VMUTE_PROTECT时，电流放大电路14再次回到过电流状态。为了防止这种情况，维持电路34在预定维持时间TPROTECT维持第二异常检测信号VPROTECT和V’PROTECT。在保护静音单元38正在接收第二异常检测信号VPROTECT和V’PROTECT的同时，保护静音单元38连续输出静音控制信号VMUTE_PROTECT。由此，在解除异常检测后，可以在音量IC18或输入电路12中连续调低VIN。
保护继电命令单元40是微型计算机20中所包括的功能中的一个，并且在检测到异常检测信号时操作。当保护继电命令单元40接收到第二异常检测信号VPROTECT时，保护继电命令单元40在接收到第二异常检测信号VPROTECT的同时切断驱动电压VRELAY的供给，以将检测电路32与扬声器16之间的电流路径从连接状态转移到切断状态。保护继电命令单元40是微型计算机20的一部分。在从微型计算机20接收到第二异常检测信号VPROTECT的时刻起经过了固有处理时间时，微型计算机20切断驱动电压VRELAY的供给。
继电装置36的控制操作通常例如根据用户的操作经由微型计算机20的功能来执行。当检测到第一异常检测信号IC(Q1)时，借助路径(检测电路32-维持电路34-微型计算机20(保护继电命令单元40))来切断驱动电压VRELAY的供给。切断驱动电压VRELAY的供给的延迟时间根据微型计算机20的处理能力而不同。在通用微型计算机中，延迟时间为大约1ms。
将参照图2和图3详细描述上述构造，特别是从第一异常检测信号IC(Q1)被输出时至切断继电装置36时的操作。
在图2中，电流放大电路14由放大相对于GND的+VCC侧的+VIN的电流的NPN晶体管Q3和放大相对于GND的-VCC侧的-VIN的电流的PNP晶体管Q4构成。因为将在后面在桥接电路46的描述中分别详细描述+VCC侧的异常检测和-VCC侧的异常检测，所以在图2和图3中描述输出电流值IOUT(+)。
当经由Q3放大从输入电路12供给的VIN(+)时，输出电流值IOUT(+)经由R2向作为负载装置的扬声器16供给。输出电流值IOUT(+)的大小作为R2的端子之间的电压的大小经由R5向作为用于异常检测的NPN晶体管Q1的控制端子的基极供给。当IOUT(+)大时，Q1的基极电压值变高，并且Q1导通。通过将导通阈值设置为异常电流检测阈值，当Q1导通时，可以检测到IOUT(+)是异常电流值。当Q1导通时，向连接到Q1的集电极的R10与R18之间的连接点输出集电极电流IC(Q1)，作为第一异常检测信号。从输出IOUT(+)到输出IC(Q1)的电路对应于检测电路32。
当IC(Q1)被输出时，Q8导通，并且Q9经由C5在上升时刻导通。直到C5被完全充电为止，Q9的集电极维持L(低)电平。因为Q9的集电极经由电阻器R33连接到Q8的基极，所以Q8维持导通状态。因此，在从IC(Q1)被输出的时刻至C5被完全充电的时刻为止的预定时间内，Q9和Q8的导通状态被维持。Q8、Q9以及C5构成所谓的单稳多谐振荡器。即使异常电流的检测时间(即，输出IC(Q1)的时间)是瞬间，维持电路34也在预定时间维持该状态。在传统电路中，Q8是将由检测电路32产生的检测结果转换(电平移位)成可以向微型计算机20输入的电压的电平移位电路的一部分。在本实施方式中，Q8还被用作单稳多谐振荡器功能的一部分。
由此，在其中输出IC(Q1)并且在预定时间维持该状态的电路是维持电路34。该预定时间是维持时间TPROTECT。当被IC(Q1)输出时，在维持时间TPROTECT维持该状态的信号是VPROTECT和V’PROTECT。维持时间TPROTECT可以通过设置C5来设置。
如图2所例示，从维持电路34中的Q9的集电极端子抽取的V’PROTECT被输入到保护静音单元38(U1的基极)。保护静音单元38根据输入的V’PROTECT向音量IC18或输入电路12输出静音控制信号VMUTE_PROTECT。从R19与C5之间的连接点抽取的VPROTECT被输入到保护继电命令单元40。保护继电命令单元40根据所输入的VPROTECT切断VRELAY向继电装置36的供给。
图3是例示了各电压值的时间变化的时间图。横轴例示了时间。纵轴(a)例示了输入电压VIN。纵轴(b)例示了第一异常检测信号IC(Q1)。纵轴(c)例示了第二异常检测信号VPROTECT。纵轴(d)例示了由保护静音单元38产生的静音信号VMUTE_PROTECT。纵轴(e)例示了静音控制单元80(微型计算机20)输出的静音控制信号VMUTE_MPU。纵轴(f)例示了向继电装置36的驱动电压VRELAY。纵轴(g)例示了继电装置36的连接(接通)或切断(断开)的实际状态VRELAY_DELAY。纵轴(h)例示了扬声器16的输出波形VOUTSP。
在图3中，时间t1是检测电路32检测异常电流值并输出第一异常检测信号IC(Q1)的时刻。时间t1是维持电路34根据第一异常检测信号IC(Q1)的输出而输出第二异常检测信号VPROTECT的时刻。在与该时刻大约相同的时间，从保护静音单元38输出VMUTE_PROTECT。在微型计算机20的处理时间后，从保护继电命令单元40切断VRELAY，并且静音控制单元80(微型计算机20)的静音控制信号VMUTE_MPU上升。这些信号的上升状态和输出状态中的每一个被例示为H(高)电平。虽然从时间t1至时间t2的时间取决于微型计算机20的信号处理能力，但该时间也为大约1ms。
在时间t1，调低向电流放大电路14的输入电压值VIN，电流放大电路14的输出电流值IOUT减小，并且来自检测电路32的第一异常检测信号IC(Q1)丢失。IC(Q1)丢失，并且保护信号VPROTECT维持H(高)电平，直到C5在维持电路34中被完全充电为止。时间t5是TPROTECT的结束时刻。维持时间TPROTECT是VPROTECT维持H(高)电平的t2与t5之间的时间。TPROTECT被设置为足够长于继电装置36的恢复时间TD。例如，TPROTECT被设置为大于20ms。
时间t3是这样的时刻：切断VRELAY_DELAY的供给，分开接触件并且继电装置36处于完全切断状态。VRELAY_DELAY例示了连接状态(作为H(高)电平)和切断状态(作为L(低)电平)。恢复时间TD是从时间t2到时间t3的时间。TD为大约1ms至10ms。
时间t5足够晚于时间t3。时间t5是这样的时刻：完成C5的充电，Q9的基极电流丢失，Q9的集电极电流减小，并且Q8断开。即，时间t5是第二异常检测信号VPROTECT的输出的结束时刻。
时间t4是VMUTE_PROTECT的结束时刻。时间t4是这样的时刻：Q9的基极电流丢失，Q9的集电极电流减小，并且U1断开。因为Q8断开的阈值与U1断开的阈值彼此不同，所以时间差出现在时间t4与时间t5之间。
根据上述构造，即使继电装置36具有恢复时间TD，对电流放大电路14的输入电压值VIN也在恢复时间TD之前被调低。可以保护使电流放大电路14免受比继电装置36的恢复时间TD更高速的操作。在上述示例中，根据不具有维持电路34的功能的传统技术，无法保护使电流放大电路14免受比TD(大约1ms至10ms)更短的周期的输入信号的异常电流状态。根据上述构造，能够保护使电流放大器14免受短周期(即，电子电路的信号处理时间(多达约1ms))的输入信号的异常电流状态。如图3的(h)例示，在检测到异常之后，快速地在时间t1执行静音，并且维持没有来自扬声器16的输出的状态。
接着，将描述检测电路32中的负载线检测单元42和脉冲响应特性改变单元44的功能。在此之前，参照图4和图5描述通常被称为传统技术的异常电流值检测法的、使用阈值电流值的方法。
图4是检测异常状态并保护电流放大电路的传统保护装置的电路图。在传统保护装置101中，当过电流流入到构成电流放大电路102的NPN晶体管Q101或PNP晶体管Q102中时，电阻器R101或电阻器R102的电压上升。当NPN晶体管Q103的基极电压由于该上升的电压而相对于发射极电压变得大于或等于预定电平时，Q103处于导通状态。当Q103导通时，PNP晶体管Q104的基极电压对于发射极电压变得不大于预定电平，并且PNP晶体管Q104导通。然后，向微型计算机120供给电平处于高电平的电压，作为异常检测信号VPROTECT。当异常检测信号VPROTECT被供给到微型计算机120时，微型计算机120通过切断经由继电装置136向负载RL的输出(切断驱动电压VRELAY的供给)和经由静音电路的静音处理(静音控制信号VMUTE_MPU的输出)来执行电流放大电路102的保护。
当流入到电流放大电路102(Q101或Q102)中的电流大于或等于阈值电流值时，传统保护装置101执行保护。图5是例示了安全操作区域与阈值电流值之间的关系的图。横轴例示了电流放大电路102的操作电压值。纵轴例示了电流放大器102的输出电流值。特性线60是由电流放大电路102的规格限定的安全操作区域(ASO)的边界线。当电流放大电路102在比特性线60小的电功率侧中的区域中工作时，电流放大电路102以预定的性能工作。当电流放大电路102在比特性线60大的电功率侧中的区域中工作时，劣化和损害可能在电流放大电路102中发生。通常地，当操作电压值较低时，所允许的输出电流值较高。当脉冲宽度较宽时，所允许的输出电流值较低。当脉冲宽度较窄时，所允许的输出电流值较高。图5中的特性线60是与一个脉冲宽度有关的线。特性线60是表示用于检测输出电流值是异常电流值的阈值电流值的线。在传统保护装置101中，不考虑电压值，特性线62被设置为恒定电流值。
当电流放大电路102的输出电流值小于由特性线62限定的阈值电流值时，不输出异常检测信号。当输出电流值大于由特性线62限定的阈值电流值时，输出异常检测信号。例如，当阈值电流值是20A并且输出电流值大于20A时，输出异常检测信号，并且例如切断驱动电压向继电装置的供给。
在将阈值电流值用于异常检测的方法中，在表示由电流放大电路102的规格限定的安全操作区域的特性线60的操作电压的整个范围内，当输出电流值大于阈值电流值时，电流放大电路102一律照原样处于异常状态，保护电流放大电路102。因此，适当地保护操作区域64，但不保护区域66。
进一步地，图5中的特性线60是与一个脉冲宽度有关的线。当脉冲宽度较宽(向低频侧)时，安全操作区域向小电功率侧行进且较窄。当脉冲宽度较窄(向高频侧)时，安全操作区域向大电功率侧行进且较宽。当恒定阈值电流值的特性线62应用于安全操作区域时，可以在低速侧使未被保护的区域66变窄。虽然安全操作区域中存在空间，但也在高速侧执行保护。这些是使用阈值电流值执行异常检测的方法的问题。
图1和图2中的负载线检测单元42是解决该问题的方法中的一个。在负载线检测单元42中，作为用于异常检测的NPN晶体管Q1(第一晶体管)的控制端子的基极经由电阻器R5(第一电阻器)连接到Q3的发射极并经由R4连接到GND。参照图6描述负载线检测单元42的作用。
图6的(a)是提取关于由Q3进行的输出电流值IOUT(+)的异常检测的、连接到Q1的基极的部分的图。图6的(b)是示意性地提取在图6的(a)中构成第一桥接电路50的部分的图。第一桥接电路50的术语“第一”用于与用于接着描述的输出电流值IOUT(-)的异常检测的第二桥接电路52区分。第一桥接电路50和第二桥接电路52这两个对应于图1中的桥接电路46。
在图6中，R5与R4之间的连接点连接到作为Q1的控制端子的基极。R2与RL之间的连接点连接到Q1的发射极。RL是作为负载装置的扬声器16的电阻值。在图6的(a)中的连接关系下，例示了从Q3向GND流动的两个电流的流动。如图6的(b)例示，连接关系构成第一桥接电路50。
在第一桥接电路50中，Q1的基极电压值由R5和R4的电阻分割比来决定。Q1的发射极电压值由R2和RL的电阻分割比来决定。即，决定Q1导通的电压值的基极与发射极之间的电压值由R2/RL和R5/R4的大小关系来决定。R5、R4以及R2中的每一个可以被设置为使得Q1在扬声器16通过限定RL的具体数值而小于RL的电阻值时导通。即，R5、R4以及R2中的每一个可以被设置为使得Q1在R2/RL大于R5/R4时导通。
例如，当扬声器16因规格而产生的电阻值为2ohm时，通过设置{R2/(RL＝2ohm)＝R5/R4}，Q1在扬声器16正常运行时断开。当电阻值RL由于短路而变得小于2ohm且R2/RL变得大于R5/R4时，Q1可以导通。由此，可以检测诸如短路等的异常状态。该时间的异常检测操作点在RL＝2ohm的负载线上。负载线是基于电流放大电路14的电源电压值和作为负载的扬声器16的电阻值RL的线。在电流值-电压值平面中，横轴例示了电流放大电路14的操作电压值且纵轴例示了电流放大器14的输出电流值，负载线是将电流值电路14在横轴中的电源电压值点和横轴中由(电源电压值/电阻值RL)计算得的电流值点连结的线。
图7的(a)例示了作为安全操作的区域的边界线的特性线60的示例和负载线的示例。在对应于操作频率的脉冲宽度为1ms、3ms、10ms、100ms以及DC时例示了特性线60。在图7的示例中，限定安全操作区域的电流值在DC和100ms脉冲的情况下为18A。电流值在1ms、3ms以及10ms脉冲的情况下为35A。不得瞬间超过DC和100ms脉冲情况下的18A和1ms、3ms以及10ms脉冲情况下的35A。在各个特性线60中，下降至右边的点来自瞬态热电阻。在脉冲继续时，不得超过该点。
如图7的(a)例示，在各个特性线60中，当操作电压值较低时，所允许的输出电流值较高。当操作脉冲频率较低时，所允许的输出电流值较低。当操作脉冲频率较高时，所允许的输出电流值较高。为了由图5中所描述的恒定阈值电流值的特性线62进行关于各个特性线60的保护，设置阈值电流值＝18A。当设置阈值电流值＝18A时，可以在DC的情况下执行保护。电流放大电路14无法针对除了DC之外的脉冲输入充分操作，并且仅使用电流放大电路14的一部分能力。
在图7中，在Q1的发射极电阻器RBE添加到RL＝0ohm、1ohm、2ohm、3ohm以及4ohm时例示了负载线。在图7中的示例中，电流放大电路14的电源电压值为65V。
当经由图6中的第一桥接电路50执行异常检测时，异常检测操作点在负载线上。例如，当RL为2ohm时，检测比图7中例示为2ohm的负载线大的电功率侧，作为异常状态，并且可以执行保护。可以安全地操作比所例示的负载线小的电功率侧。这一点与经由传统技术的阈值电流值＝18A来执行异常检测的方法比较，并且应理解的是，电流放大电路14的可允许的操作区域可以适当地宽。
图6中的第一桥接电路50对正侧操作有效，但对负侧操作无效。当Q1的发射极连接到Q4的发射极时，振幅转向负侧，电流沿反向流动，并且检测敏感度变化。
图8的(a)是提取关于经由Q4产生的输出电流值IOUT(-)的异常检测的、连接到Q1的发射极的部分的图。图8的(b)是示意性地提取在图8的(a)中构成第二桥接电路52的部分的图。
在图8中，R13经由二极管D3连接到Q1的发射极，并且R3与RL之间的连接点连接到Q1的基极。在图8的(a)中的连接关系下，例示了两个电流从GND向Q4流动的流动。如图8的(b)例示，连接关系构成第二桥接电路52。
在第二桥接电路52中，Q1的发射极电压值由电阻器R13(第二电阻器)和R4的电阻分割比来决定。Q1的基极电压值由R3和RL的电阻分割比来决定。即，决定Q1导通的电压值的基极与发射极之间的电压值由R3/RL和R13/R4的大小关系来决定。与第一桥接电路50相比，R5被R13代替，并且R2被R3代替。因此，第二桥接电路52还执行与第一桥接电路50相同的功能。
由此，包括第一桥接电路50和第二桥接电路52的桥接电路46根据作为负载的扬声器16的电阻值来改变检测异常电流值的异常检测元件的控制电压值。
这里，返回到图7的(a)，通过使用桥接电路46，可以经由负载线上的异常检测操作点将比负载线更大的电流侧检测为异常状态。然而，还将电流放大器14最初具有的操作能力区域检测为异常状态。当负载线在图7的(a)的示例中为RL＝2ohm时，虽然如图7的(b)例示关于1ms脉冲允许使用区域68，但保护装置30也将电流放大器14最初具有的操作能力区域中的、由斜线例示的区域68检测为异常状态。
检测电路32的脉冲响应特性改变单元44被设置为使得区域68不被检测为异常状态。脉冲响应特性改变单元44包括滞后超前滤波电路48。如图2例示，滞后超前滤波电路48是C2和R8在桥接电路46中串联的电路。通过适当地设置滞后超前滤波电路48中的C2和R8的常数，可以改变桥接电路46的脉冲响应特性。出于该原因，可以改变经由负载线检测单元42而产生的异常检测操作的频率特性。
图9是例示了通过设置滞后超前滤波电路48中的C2和R8的常数来改变桥接电路46的频率响应特性的示例的图。横轴例示了频率。纵轴例示了滞后超前滤波电路48的增益。特性线70是在未设置滞后超前滤波电路48时的增益-频率特性。特性线70在所有区域中具有高增益。与此相反，特性线72是在设置滞后超前滤波电路48是的增益-频率特性。在特性线72中，增益通过适当地设置C2和R8的常数而落在不小于100Hz的频率区域中。“不小于100Hz”对应于不长于10ms的脉冲。
描述了第一桥接电路50。通过使用具有特性线72的增益-频率特性的滞后超前滤波电路48，在低速侧中，Q1的基极电压值经由R4和R5所限定的值来执行异常检测。在高速侧中，异常检测经由R4、R5、C2以及R8所限定的值来执行。
图10示意性地例示了模拟结果。图10对应于图7。通过使用具有特性线72的增益-频率特性的滞后超前滤波电路48，在低频侧中，在被例示为2ohm的负载线上执行异常检测。在高频侧中，使异常检测操作点移动到由箭头例示的方向。在图7的区域68中，未执行异常检测，并且有效地使用安全操作区域。在图10中，保护检测点由圆圈围绕。
例示了模拟的结果的一个示例。当以100ms脉冲宽度使用0.1ohm的负载线时，用5.8A执行异常检测。未超过图10中100ms的安全操作区域。进一步地，当用1ms脉冲宽度使用0.1ohm的负载线时，用25A执行异常检测。例示了可以在图7中的区域68中适当地执行异常检测。
上面描述了本发明的实施方式，但本发明可应用于的方式不限于上述实施方式，并且可以在不偏离本发明范围的情况下适当地改变。
在上述实施方式中，Q1是NPN晶体管，Q8是PNP晶体管，并且U1是PNP晶体管。不限于此，Q1可以是PNP晶体管，Q8可以是NPN晶体管，Q9可以是PNP晶体管，并且U1可以是NPN晶体管。

Claims (9)

1.一种保护装置，该保护装置包括：检测电路，该检测电路检测电流放大电路的输出电流值并在所述输出电流值为异常电流值时输出第一异常检测信号；
维持电路，该维持电路在从所述第一异常检测信号的输出时刻开始的预定维持时间持续地输出第二异常检测信号；
继电装置，该继电装置从切断驱动电压的供给的时刻起，在作为机械切断延迟时间的恢复时间之后，切断所述电流放大电路与负载之间的连接；
保护静音单元，该保护静音单元在接收到所述第二异常检测信号时输出静音控制信号；
静音电路，该静音电路包括在接收到所述静音控制信号时调低对所述电流放大电路的输入电压值的功能；以及
保护继电命令单元，该保护继电命令单元在接收到所述第二异常检测信号时切断所述驱动电压的供给，其中，
所述检测电路包括：
负载线检测单元，该负载线检测单元根据基于所述电流放大电路的电源电压值和所述负载的电阻值的负载线上的电流值来检测异常，以及
脉冲响应特性改变单元，该脉冲响应特性改变单元改变由所述负载线检测单元进行的异常检测操作的脉冲响应特性。
2.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述预定维持时间被设置为长于所述恢复时间。
3.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述负载线检测单元包括桥接电路，该桥接电路根据所述负载的电阻值来改变检测异常电流值的异常检测元件的控制电压值。
4.根据权利要求3所述的保护装置，其中，所述脉冲响应特性改变单元包括滞后超前滤波电路，该滞后超前滤波电路根据所述电流放大电路的脉冲宽度而改变所述桥接电路的脉冲响应特性。
5.根据权利要求3所述的保护装置，其中，所述桥接电路包括：
第一桥接电路，该第一桥接电路处理所述电流放大电路的正侧输出电流值的异常电流值，以及
第二桥接电路，该第二桥接电路处理所述电流放大电路的负侧输出电流值的异常电流值。
6.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述检测电路包括：
NPN型的第一晶体管，在该第一晶体管中，基极经由第一电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，发射极经由第二电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，并且集电极经由第三电阻器连接到所述维持电路，
所述维持电路包括：
PNP型的第二晶体管，在该第二晶体管中，基极经由所述第三电阻器连接到所述第一晶体管的所述集电极，发射极连接到电源，并且集电极经由第四电阻器连接到微型计算机，并且该第二晶体管在所述集电极处生成异常检测电压作为所述异常检测信号，以及
NPN型的第三晶体管，在该第三晶体管中，基极经由电容器和第五电阻器连接到所述第二晶体管的集电极，发射极连接到接地电平，并且集电极经由第六电阻器连接到所述保护静音单元和所述第二晶体管的基极，并且该第三晶体管在集电极处生成异常检测电压作为所述第二异常检测信号。
7.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述检测电路包括：
PNP型的第一晶体管，在该第一晶体管中，基极经由第一电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，发射极经由第二电阻器连接到所述负载线检测单元和所述脉冲响应特性改变单元，并且集电极经由第三电阻器连接到所述维持电路，
所述维持电路包括：
NPN型的第二晶体管，在该第二晶体管中，基极经由所述第三电阻器连接到所述第一晶体管的所述集电极，发射极连接到电源，并且集电极经由第四电阻器连接到微型计算机，并且该第二晶体管在集电极处生成异常检测电压作为所述第二异常检测信号，以及
PNP型的第三晶体管，在该第三晶体管中，基极经由电容器和第五电阻器连接到所述第二晶体管的所述集电极，发射极连接到接地电平，并且集电极经由第六电阻器连接到所述保护静音单元和所述第二晶体管的所述基极，并且该第三晶体管在所述集电极处生成异常检测电压作为所述第二异常检测信号。
8.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述保护静音单元包括PNP型的第四晶体管，在该第四晶体管中，基极经由二极管连接到所述维持电路，发射极连接到电源，并且集电极连接到所述静音电路。
9.根据权利要求1所述的保护装置，其中，所述保护静音单元包括NPN型的第四晶体管，在该第四晶体管中，基极经由二极管连接到所述维持电路，发射极连接到电源，并且集电极连接到所述静音电路。
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